TESIS NIM. satu syarat. Oleh

(1)

APLI

ALIRA

IKASI ME

AN FLUID

INTRUS

(Studi

Ka unt

Pro

INST

ETODE R

DA UNTU

I AIR LA

kasus di P

arya tulis se tuk memper Institut T

AHM

NIM

ogram Stu

ITUT TEK

i

RESISTIV

UK MENG

AUT DI DA

Pulau Sap

TESIS

ebagai salah roleh gelar M Teknologi B Oleh

MAD ZAIN

M : 223050

udi Geofisi

KNOLOG

2007

VITAS DAN

GANALISA

AERAH P

peken, Mad

h satu syara Magister da Bandung

NURI

006 ika Terapa

GI BANDU

N SIMUL

A FENOM

PESISIR

dura)

at ari

an

UNG

LASI

MENA

(2)

ii

APLIKASI METODE RESISTIVITAS DAN SIMULASI

ALIRAN FLUIDA UNTUK MENGANALISA FENOMENA

INTRUSI AIR LAUT DI DAERAH PESISIR

(Studi kasus di Pulau Sapeken, Madura)

Oleh

Ahmad Zainuri

NIM : 22305006

Program Studi Geofisika Terapan

Institut Teknologi Bandung

Menyetujui Pembimbing Tanggal 21 Januari 2008

(3)

iii

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS

Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

(4)

iv

Dipersembahkan kepada istriku Yuni P. Tristanti, serta anak-anakku: Alya’ Ayu Majidah dan Muhammad Rizky Ramadhan

(5)

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulisan tesis ini dapat terselesaikan dengan baik.

Tesis ini berjudul “Aplikasi Metode Resistivitas dan Simulasi Aliran Fluida untuk Menganalisa Fenomena Intrusi Air Laut di Daerah Pesisir (Studi Kasus di Pulau Sapeken, Madura)”, yang disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister pada Program Studi Geofisika Terapan Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan Institut Teknologi Bandung.

Penulis menyadari bahwa dalam tesis ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, Penulis dengan sangat terbuka dan senang hati akan menerima segala kritik, saran dan masukan yang konstruktif dari Pembaca baik secara lisan maupun tertulis, sebagai bahan referensi tambahan bagi Penulis.

Selesainya penulisan tesis ini tak luput dari bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya dan penghargaan yang setinggi-tingginya, kepada:

1. Bapak Dr. Ir. Agus Laesanpura, selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, arahan dan dorongan hingga selesainya penulisan tesis ini.

2. Bapak Dr. Daharta Dahrin, selaku Ketua Program Studi Teknik Geofisika. 3. Bapak Dr. rer.nat. Wahyudi W. Parnadi, selaku Sekretaris Program Studi

Teknik Geofisika dan penasehat akademik pada semester ketiga hingga semester akhir.

4. Bapak Dr. Wawan Gunawan A. Kadir, selaku penasehat akademik pada semester pertama hingga semester kedua.

5. Seluruh staf dosen, staf tata usaha dan kepala perpustakaan Teknik Geofisika. 6. Ayahanda Juweni dan Ibunda Kholifah serta Papa Adi P. Sutrisno dan Mama

Endah Warniningsih, atas dukungan baik moril maupun materiil. 7. Mbak Latifah, Mas Nuryanto, Adik Khotim, Amenan, Novi dan Selvi.

8. Direktorat Pendidikan Tinggi Depdiknas, atas bantuan Beasiswa Pendidikan Pascasarjana (BPPS) yang diterima selama program magister ini.

9. Rektor, Dekan FMIPA dan Ketua Jurusan Fisika Universitas Negeri Gorontalo beserta jajarannya, atas izin dan dukungan finansialnya.

(6)

vi

10. Sdr. Akram Lakilo, M.Si, yang turut membantu dari segi analisis kimianya dan telah bersedia membaca tulisan ini.

11. Teman-teman angkatan 2005: Anggara, Bahrul, Ramdhan, Windi dan Nuratas; serta angkatan 2006: Pak Ibrahim, Andri F., Johan, Dicky, Anggun, Andri dan Prias.

12. Teman-teman seperjuangan di Asrama Pascasarjana Gorontalo dan IMPAG Bandung.

13. Semua pihak yang tidak tertulis di sini, atas berbagai bantuan dan dorongan hingga terselesaikannya tesis ini.

Akhirnya, Penulis berharap semoga tulisan sederhana ini dapat bermanfaat dan turut memberikan konstribusi yang berarti bagi perkembangan ilmu geofisika terapan di masa-masa yang akan datang. Amin.

(7)

vii

ABSTRAK

APLIKASI METODE RESISTIVITAS DAN SIMULASI

ALIRAN FLUIDA UNTUK MENGANALISA FENOMENA

INTRUSI AIR LAUT DI DAERAH PESISIR

(Studi kasus di Pulau Sapeken, Madura)

Oleh

Ahmad Zainuri

NIM : 22305006

Pulau Sapeken sebagai lokasi utama penelitian merupakan pulau kecil yang terletak di Kepulauan Kangean bagian timur yang luasnya hanya sekitar 1 km2_.

Penyelidikan resistivitas dan hidrokimia dilakukan untuk mengestimasi asal-usul keberadaan air tanah dan karakteristik intrusi air laut pada akuifer Pulau Sapeken, yang mana secara geologi tersusun dari litologi batugamping pada lapisan atas dan napal pada lapisan bawahnya. Pada penelitian ini, pengukuran resistivitas dilakukan dengan menggunakan metoda resistivity sounding dan resistivity imaging. Resistivity sounding menggunakan konfigurasi Schlumberger dilakukan di Brumbung (Pulau Paliat) sebanyak 4 lintasan pengukuran dan di Pulau Sapeken sebanyak 5 lintasan pengukuran, masing-masing, dengan panjang bentangan 100-150 meter untuk target kedalaman 20-30 meter. Sedangkan resistivity imaging hanya dilakukan di Pulau Sapeken yang menerapkan konfigurasi Wenner-Schlumberger dengan panjang bentangan 100 meter dan target kedalaman sekitar 20 meter. Pengukuran hidrokimia dilakukan dengan mengambil sampel-sampel air sumur dan/atau mata air di Pulau Sapeken hingga pulau-pulau yang diperkirakan sebagai daerah recharge. Simulasi aliran fluida yang menggambarkan hubungan air tawar-air asin pada akuifer karstik pesisir kemudian dibuat untuk musim kemarau dan musim hujan.

Hasil interpretasi geolistrik menunjukkan keberadaan zona-zona akumulasi air tanah dan zona-zona yang diduga sebagai zona intrusi air laut serta struktur-struktur sesar ataupun rekahan, khususnya pada akuifer Sapeken bagian utara. Hasil analisis sampel-sampel air menunjukkan adanya kecenderungan penurunan pada parameter-parameter kimia air dari musim kemarau ke musim hujan secara bervariasi. Selain itu dari analisis ion-ionnnya, diketahui bahwa fasies hidrokimia sampel air yang merepresentasikan daerah recharge adalah Ca-HCO3, fasies air

Tanjung adalah Ca-Cl dan fasies sampel-sampel air Sapeken khususnya di bagian utara adalah Na-Cl. Dari hasil output simulasi menunjukkan adanya penurunan konsentrasi garam-garam terlarut dari musim hujan ke musim kemarau secara bervariasi. Pada musim hujan masih ditunjukkan adanya konsentrasi yang cukup tinggi terutama pada sampel air bagian selatan Sapeken.

(8)

viii

ABSTRACT

APPLIED RESISTIVITY METHOD AND FLUID FLOW

SIMULATION IN ANALYZING SEAWATER INSTRUSION

PHENOMENON IN COASTAL AREA

(A case study in Sapeken Island, Madura)

By

Ahmad Zainuri

NIM : 22305006

Sapeken Island as an interesting area of study was isle, which located in the eastern of Kangean Islands. This study area is approximately 1 square km.

Investigation of resistivity and hydrochemistry carried out to estimate the origin of groundwater and seawater intrusion characteristic in Sapeken aquifer, that geologically, consists of limestone at upper layer and marl at its lower layer. In this study, resistivity measurement was carried out by using resistivity sounding and imaging methods. Resistivity sounding with Schlumberger array was carried out in Brumbung (Paliat Island), consists of four lines, and in Sapeken Island consists of five lines consecutively, the length of electrode separation is 100-150 meters for depth target of 20-30 meters, while resistivity imaging has only been done in Sapeken Island by applying Wenner-Schlumberger array with length of 100 meters and depth target of about 20 meters. Measurement of hydrochemistry was done by collect the samples of well's and/or spring's water from Sapeken Island to islands which is estimated as recharge zones. The simulation of fluid flows that describe the relationship of freshwater-saltwater in coastal karstic aquifers were created for both of dry and wet seasons.

Results of geoelectric interpretation shows existence of groundwater accumulation zones and also estimable zones as seawater intrusion zones and fault or fracture structures, especially in northern Sapeken aquifer. Water samples analysis shows a variation in degradation trend of hydrochemistry parameters from dry season to wet season. Based on ions analysis, we could detect that hydrochemistry facies of water sample from recharge areas represent of Ca-HCO3, while hydrochemistry

facies of spring's Tanjung represents of Ca-Cl and hydrochemistry facies in northern of Sapeken represents of Na-Cl. The simulation result has shown variation in decreasing of salts dissolved concentration from dry to wet season. At wet season, it was still shown a high concentration especially at water samples in southern of Sapeken.

(9)

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ... iii

HALAMAN PERUNTUKAN ... iv KATA PENGANTAR ... v ABSTRAK ... vii ABSTRACT ... viii DAFTAR ISI ... ix DAFTAR GAMBAR ... xi DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

Bab I Pendahuluan ... 1

I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Lokasi Penelitian ... 2

I.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 2

I.4 Metodologi Penelitian ... 3

I.5 Hipotesis ... 4

I.6 Sistematika Penulisan ... 4

Bab II Geologi Umum Daerah Penelitian ... 5

II.1 Morfologi Daerah Penelitian ... 5

II.2 Stratigrafi Daerah Penelitian ... 6

II.3 Struktur Geologi Daerah Penelitian ... 8

II.4 Klimatologi Daerah Penelitian ... 10

Bab III Landasan Teori ... 11

III.1 Metode Resistivitas ... 11

III.1.1 Konsep Dasar Kelistrikan ... 11

III.1.2 Konfigurasi Elektroda Schlumberger ... 13

III.1.3 Teknik Pengukuran ... 14

III.1.4 Metode Inversi ... 15

(10)

x

III.2 Hidrogeologi ... 20

III.2.1 Siklus Hidrologi dan Aliran Air Tanah ... 20

III.2.2 Akuifer dan Fenomena Intrusi Air Laut ... 22

III.2.3 Dampak Intrusi Air Laut terhadap Kualitas Air Tanah ... 27

Bab IV Akuisisi, Pengolahan dan Interpretasi ... 28

IV.1 Data Resistivitas ... 28

IV.2 Data Kualitas Air ... 36

IV.3 Pengujian Hipotesis ... 47

IV.4 Simulasi Aliran Fluida ... 49

Bab V Kesimpulan dan Saran ... 56

V.1 Kesimpulan ... 56

V.2 Saran ... 56

DAFTAR PUSTAKA ... 58

(11)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1 Peta lokasi penelitian ... 2

Gambar I.2 Alur sistematika penelitian ... 3

Gambar II.1 Peta morfologi Kepulauan Kangean ... 5

Gambar II.2 Kolom stratigrafi Kepulauan Kangean ... 6

Gambar II.3 Contoh batuan Formasi Tambayangan, (a) batugamping Orbitoid berlapis, (b) batugamping yang kaya akan fosil ... 8

Gambar II.4a Peta geologi Kepulauan Kangean skala 1:100.000 ... 8

Gambar II.4b Penampang-penampang geologi untuk area-area yang diindikasikan oleh garis-garis warna merah dalam Gambar II.4a ... 9

Gambar III.1 Pola aliran arus listrik yang dipancarkan dan distribusi potensial yang dihasilkan oleh elektroda arus tunggal di permukaan medium setengah tak berhingga ... 11

Gambar III.2 Pola aliran arus listrik yang dipancarkan dan distribusi potensial yang dihasilkan oleh elektroda arus ganda di permukaan medium setengah tak berhingga ... 12

Gambar III.3 Konfigurasi elektroda Schlumberger yang digunakan dalam survei resistivitas ... 13

Gambar III.4 Skema inversi pada resistivity sounding ... 16

Gambar III.5 Perbandingan hasil inversi imaging 2D menggunakan konfi- gurasi Wenner-Schlumberger, (a) model sesar sintetik dari empat blok resistivitas, (b) metode least-squares inversion, dan (c) metode robust inversion ... 18

Gambar III.6 Gambaran skematik siklus hidrologi ... 20

Gambar III.7 Penampang geologi yang menggambarkan akuifer bebas dan tertekan, sumur artesian serta permukaan piezometrik ... 22

Gambar III.8 Sistem bukaan (porositas) pada batuan ... 23

Gambar III.9 Keseimbangan hidrostatik antara air tawar dan air asin dalam tabung-U berdasarkan prinsip Ghyben-Herzberg ... 24

(12)

xii

Gambar III.10 Hubungan air asin dan air tawar pada akuifer pesisir

berdasarkan prinsip Ghyben-Herzberg ... 25 Gambar III.11 Sirkulasi air tanah ‘tawar’ dan ‘asin’ di zona transisi pada

akuifer pesisir ... 25 Gambar III.12 Konsep dasar massa fluida per satuan volume (Representative Elementary Volume) dalam media berpori ... 26 Gambar IV.1 Lokasi pengukuran geolistrik, (a) Brumbung dan (b) Pulau

Sapeken ... 28 Gambar IV.2 Skema akuisisi resistivity sounding menggunakan konfigurasi

Schlumberger ... 29 Gambar IV.3 Skema akuisisi resistivity imaging menggunakan konfigurasi

Wenner-Schlumberger ... 29 Gambar IV.4 Hasil inversi dari data pengukuran resistivity sounding di

Pulau Sapeken untuk titik sounding S1, S2, S3, S4 dan S5 ... 30 Gambar IV.5a Penampang vertikal electrical sounding (VES) dari korelasi

sounding S1, S2, S3, S4 dan S5 di lokasi Pulau Sapeken ... 31 Gambar IV.5b Penampang vertikal electrical sounding (VES) di Pulau

Sapeken menggunakan program IPIWin; atas, pseudo

cross-section dan bawah, resistivity section ... 31 Gambar IV.6 Hasil-hasil penampang resistivity imaging pada lintasan

selatan-utara di Pulau Sapeken ... 33 Gambar IV.7 Hasil perkiraan bentuk geometri akuifer berdasarkan hasil-hasil interpretasi resistivity sounding dan imaging, serta penampang-

penampang geologi pada lokasi Pulau Sapeken ... 34 Gambar IV.8 Hasil inversi dari data pengukuran resistivity sounding di

Brumbung (Pulau Paliat) untuk titik-titik sounding

S6, S7, S8 dan S9 ... 34 Gambar IV.9a Penampang vertikal electrical sounding (VES) dari korelasi

sounding S6, S7, S8 dan S9 di lokasi Brumbung ... 35 Gambar IV.9b Penampang vertikal electrical sounding (VES) di Brumbung

menggunakan program IPIWin; atas, pseudo cross-section dan bawah, resistivity section ... 36

(13)

xiii

Gambar IV.10 Peta kontur dari parameter-parameter kualitas air di Pulau

Sapeken; (a) salinitas, (b) TDS, (c) DHL dan (d) pH ... 38 Gambar IV.11 Penampang A-B dari setiap peta kontur pada Gambar IV.10;

(a) salinitas, (b) TDS, (c) DHL dan (d) pH ... 39 Gambar IV.12 Peta kontur dari parameter-parameter kualitas air di Pulau

Paliat; (a) salinitas, (b) TDS, (c) DHL dan (d) pH ... 40 Gambar IV.13 Penampang A-B dari setiap peta kontur pada Gambar IV.12;

(a) salinitas, (b) TDS, (c) DHL dan (d) pH ... 41 Gambar IV.14 Penyajian hasil analisis kimia air, (a) diagram Piper, (b) sistem

klasifikasi hidrokimia untuk air-air natural ... 43 Gambar IV.15 Hasil plot diagram Piper dari sampel air S1A, S1B, S17 dan

Mata air Ostberk ke dalam kation dan anion utamanya ... 44 Gambar IV.16 Urutan fasies hidrokimia air tanah berdasarkan klasifikasi

Stuyfzand: (a) tahap intrusi, dan (b) tahap penyegaran ... 44 Gambar IV.17 Perbandingan ion-ion utama dalam fasies air tanah dari data

Tabel IV.3 untuk sampel air S1A, S1B, S17 dan

Mata air Ostberk ... 45 Gambar IV.18 Perbandingan hasil analisis kualitas air di laboratorium pada

sumur-sumur kunci (S1A, S1B, S17) untuk bulan Agustus 2005 dan Maret 2006; (a) salinitas, (b) TDS, (c) DHL dan (d) pH .. 46 Gambar IV.19 Hubungan antara jumlah penduduk versus rasio input-output

air tanah Pulau Sapeken ... 48 Gambar IV.20 Parameter textural classes untuk setiap jenis batuan

berdasarkan parameter aliran (van Genuchten) dan transport zat terlarut yang didefinisikan ... 51 Gambar IV.21 Parameter-parameter model dan syarat-syarat batas yang di-

tentukan untuk setiap periode recharge ... 51 Gambar IV.22 Hasil simulasi aliran fluida secara regional (P. Paliat-

P. Sapeken) untuk periode recharge I (0-60 hari) dan

(14)

xiv

Gambar IV.23 Hasil simulasi aliran fluida secara lokal (Pulau Sapeken) untuk periode recharge I (0-60 hari) dan periode recharge II

(60-120 hari) ... 53 Gambar IV.24 Mekanisme intrusi air laut pada akuifer karstik homogen ... 55

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel III.1 Kisaran harga resistivitas berbagai batuan, tanah dan

mineral ... 19 Tabel III.2 Klasifikasi air berdasarkan nilai Total Dissolved Solids (TDS) 27

Tabel IV.1 Hasil analisa laboratorium dari sampel-sampel air di Pulau Sapeken pada bulan Agustus 2005 berdasarkan SMEWW 1998 dan SNI 1991 ... 37 Tabel IV.2 Hasil analisa laboratorium dari sampel-sampel air di Pulau

Paliat pada bulan Agustus 2005 berdasarkan SMEWW 1998

dan SNI 1991 ... 39 Tabel IV.3 Hasil analisa laboratorium dari kualitas air di sumur-sumur

kunci dan sampel daerah recharge pada bulan Maret 2006

(16)

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Contoh data lapangan dan data perhitungan resistivity

sounding konfigurasi Schlumberger ... 59 Lampiran 2 Contoh data lapangan dan data perhitungan resistivity

imaging konfigurasi Wenner-Schlumberger ... 60 Lampiran 3 Persamaan resistivitas medium dan faktor geometri ... 65 Lampiran 4 Konsep inversi data resistivitas ... 67 Lampiran 5 Konsep aliran air tanah variably density pada medium

berpori ... 69 Lampiran 6 Perhitungan persentase kation dan anion utama dari sampel